Luận án Nghiên cứu thu hồi và định hướng ứng dụng kim loại đất hiếm trong các thiết bị điện, điện tử

 công việc là xác định điều kiện tối ưu hóa quá trình hòa tách tổng 
hỗn hợp kim loại đất hiếm với thành phần chính là Nd và một số kim loại khác Pr, Dy, 
Tb gồm các bước cơ bản như sau: 
Bước 1: Xác định hàm mục tiêu, các yếu tố ảnh hưởng và tọa độ của các yếu tố ảnh 
hưởng trong hệ tọa độ không thứ nguyên. 
Hàm mục tiêu là hiệu suất hòa tách tổng kim loại đất hiếm với các yếu tố ảnh 
hưởng và khoảng khảo sát. 
Nồng độ axit H2SO4 trong khoảng Z1 = 0,5 đến 1,5 M 
Thời gian trong khoảng Z2 = 5 đến 15 phút. 
Kích thước hạt trung bình Z3 từ 0,2 đến 0,6 mm 
Mức cơ sở của các yếu tố ảnh hưởng và khoảng biến đổi được tính theo công 
thức 2.8 và 2.9: 
zj
0= 
Zjmax+ Zjmin
2
 (j = 1 ÷ 3) (2.8) 
∆zj = 
Zjmax−Zjmin
2
 (j = 1 ÷ 3) (2.9) 
Trong đó: zjmax - tọa độ mức trên; 
 zjmin - tọa độ mức dưới. 
 ∆zj - khoảng biến thiên theo trục Z𝑗 
Điểm có tọa độ z1
0, z2
0, z3
0 gọi là tâm kế hoạch hay mức cơ sở. 
Chuyển từ tọa độ mới thứ nguyên sang hệ tọa độ không thứ nguyên (biến mã) 
bằng công thức 2.10: 
xj= 
Zj−Zj
0
∆Zj
 (j = 1 ÷ 3) (2.10) 
Trong đó: Zj là giá trị thực tế của yếu tố thứ j; 
xj là giá trị mã hóa của yếu tố thứ j. 
51 
Trong hệ tọa độ không thứ nguyên, tọa độ mức trên là +1, mức dưới là -1 và tâm 
là 0 và trùng với gốc hệ tọa độ. Từ đó xây dựng được bảng ma trận kế hoạch thực nghiệm 
như trong bảng 2.2. 
Bảng 2.2. Ma trận kế hoạch mô hình thực nghiệm 
Yếu tố 
Ký 
hiệu 
Giá trị thực tế Giá trị mã hóa 
Mức 
dưới 
Mức 
Cơ sở 
Mức 
trên 
Mức 
dưới 
Mức 
Cơ sở 
Mức 
trên 
Nồng độ axit (mol/L) Z1 0,5 1,0 1,5 -1 0 1 
Thời gian hòa tách (phút) Z2 5 10 15 -1 0 1 
Kích thước hạt (mm) Z3 0,2 0,4 0,6 -1 0 1 
Bước 2: Xây dựng kế hoạch thí nghiệm 
Cơ sở lý thuyết của giai đoạn này là chọn được dạng kế hoạch thực nghiệm phù 
hợp với điều kiện tiến hành thí nghiệm và với đặc điểm các yếu tố của đối tượng. Mỗi 
dạng kế hoạch đặc trưng bởi các chuẩn tối ưu và tính chất khác nhau, mà không phải 
bao giờ cũng có thể phân tích, đối chứng một cách rạch ròi. Do đó ở bước này quan tâm 
nhiều đến điều kiện thí nghiệm và đặc điểm đo đạc, nhận giá trị của mục tiêu. 
Ma trận kế hoạch thực nghiệm mô tả số biến theo kế hoạch hỗn hợp bậc hai tâm 
xoay của Box và Hunter được trình bày ở bảng 2.4 và với số thực nghiệm cần thiết được 
tính trước được trình bày trong bảng 2.3. 
- Số nhân tố khảo sát n = 3 
- Số thực nghiệm của ma trận bậc 2 tâm xoay N = Ngốc + N*+ No 
- Số thực nghiệm ở điểm sao N* 
- Số thực nghiệm ở tâm No > 1 
- Số thực nghiệm trên mặt mục tiêu No = Ngốc + N* 
- Khoảng cách từ tâm đến điểm sao α = 2k/4 
Bảng 2.3. Giá trị α và số thực nghiệm điểm tâm tính trước cho loại mô hình 
Số nhân tố 
khảo sát (n) 
2n 
Số thực 
nghiệm 
ở gốc (Ngốc) 
Số thực nghiệm 
ở điểm sao (N*) 
Số thực nghiệm 
ở tâm (No) 
Khoảng cách 
từ tâm đến 
điểm sao (α) 
2 22 4 4 5 1,414 
3 23 8 6 6 1,682 
52 
4 24 16 8 7 2,000 
5 25 32 10 10 2,378 
Với yêu cầu của đầu bài sẽ có số biến độc lập k = 3; khoảng cách từ tâm đến điểm 
sao hay cánh tay đòn là α = 2k/4 = 1,682; số điểm ở nhân kế hoạch = 8; số điểm ở tâm kế 
hoạch No = 6; số điểm sao thực nghiệm N*= 6. Như vậy, sẽ có tổng số 20 thí nghiệm 
được bố trí như trình bày tại Bảng 2.4 sau đây. 
Bước 3: Tiến hành nhập thông tin 
Dựa trên các kết quả phân tích thu được từ bước qua hoạch kế hoạch thực nghiệm 
đã đề ra theo các qui tắc hướng dẫn và yêu cầu của mô hình nhằm đảm bảo sự tiện lợi 
cho giai đoạn xử lý số liệu tiếp theo. Trong quá trình này mô hình sẽ tự động xử lý số 
liệu, kiểm tra giả thiết của mục tiêu đề bài để nhận định và xác minh kịp thời những thí 
nghiệm cần bổ sung khi điều kiện thực nghiệm còn đang cho phép với các phép kiểm 
tra đồng nhất phương sai, tính liên thuộc của các số liệu bị nghi ngờ, mức độ ảnh hưởng 
của các yếu tố 
53 
Bảng 2.4. Ma trận kế hoạch thực nghiệm và hàm mục tiêu 
Nội 
dung 
Tên thí 
nghiệm 
Giá trị biến thực Ma trận kế hoạch thực nghiệm theo biến mã hóa 
(Z1) 
H2SO4 
(Z2) 
Thời gian 
(Z3) 
Cấp hạt 
X1 X2 X3 X1X2 X1X3 X2X3 X12 X22 X32 y 
N
h
â
n
 k
ế 
h
o
ạ
ch
N1 0,5 5 0,2 -1 -1 -1 1 1 1 1 1 1 Y1 
N2 1,5 5 0,2 1 -1 -1 -1 -1 1 1 1 1 Y2 
N3 0,5 15 0,2 -1 1 -1 -1 1 -1 1 1 1 Y3 
N4 1,5 15 0,2 1 1 -1 1 -1 -1 1 1 1 Y4 
N5 0,5 5 0,6 -1 -1 1 1 -1 -1 1 1 1 Y5 
N6 1,5 5 0,6 1 -1 1 -1 1 -1 1 1 1 Y6 
N7 0,5 15 0,6 -1 1 1 -1 -1 1 1 1 1 Y7 
N8 1,5 15 0,6 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Y8 
C
á
c 
đ
iể
m
 s
a
o
N9 0,159 10 0,4 
-
1,682 
0 0 0 0 0 2,8291 0 0 Y9 
N10 1,841 10 0,4 1,682 0 0 0 0 0 2,8291 0 0 Y10 
N11 1,0 3,295 0,4 0 
-
1,682 
0 0 0 0 0 2,8291 0 Y11 
N12 1,0 11,705 0,4 0 1,682 0 0 0 0 0 2,8291 0 Y12 
N13 1,0 10 0,0636 0 0 
-
1,682 
0 0 0 0 0 2,8291 Y13 
N14 1,0 10 0,7364 0 0 1,682 0 0 0 0 0 2,8291 Y14 
T
â
m
 K
ế 
h
o
ạ
ch
N15 1,0 10 0,4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Y15 
N16 1,0 10 0,4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Y16 
N17 1,0 10 0,4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Y17 
N18 1,0 10 0,4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Y18 
N19 1,0 10 0,4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Y19 
N20 1,0 7,5 0,4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Y20 
Trong đó: z1, z2, z3 là kí hiệu của các yếu tố nồng độ axit, thời gian, cấp hạt, nhiệt độ. Các giá trị x1, x2, x3 là các yếu tố được 
mã hóa theo các phương trình từ (2.6÷2.8). 
54 
Bước 4: Xây dựng và kiểm tra mô hình thực nghiệm 
Trong bước này sử dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất với các phép phân 
tích hồi quy, phân tích phương sai để xác định giá trị cụ thể của các hệ số trong mô hình 
hồi quy đa thức, kiểm tra mô hình theo độ tương thích và khả năng làm việc. Với phương 
pháp bậc 2 tâm xoay được sử dụng thì phương trình hồi quy được lựa chọn có dạng: 
y = bo + ∑ 𝑏𝑘𝑗=1 jxj + ∑ 𝑏
𝑘
𝑗,𝑢=1
𝑗≠𝑢
juxuxj +  + ∑ 𝑏𝑘1 jjxj
2 (2.11) 
Các hệ số hồi quy B= [bo, b1, b2, , bk, b11, b12,  bjj] được xác định theo công 
thức tổng quát dưới dạng ma trận: 
B = [X*X]-1X*Y (2.12) 
Trong đó X*- ma trận chuyển vị của ma trận kế hoạch. 
Để tiện tính toán, công thức này được khai triển thành các công thức ứng dụng 
tính từng loại hệ số hồi quy. Các hệ số này chỉ là ước lượng của các hệ số hồi quy lý 
thuyết β0, βj, βju, βjj mà chúng có thể tìm được đối với số thực nghiệm. 
Sau khi chạy mô hình, mô hình sẽ tự động kiểm tra tính tương thích của phương 
trình hồi quy theo tiêu chuẩn Student và Fisher 
Bước 5: Tối ưu hóa hàm mục tiêu 
Trong bài toán tối ưu, đây là nội dung chính và phức tạp để tìm giá trị cực trị, 
nhưng với sự trợ giúp của mô hình sẽ thu được tọa độ các điểm cực trị của hàm mục tiêu 
thông qua giải hệ phương trình tuyến tính các đạo hàm riêng bậc nhất của hàm mục tiêu 
y theo từng yếu tố ảnh hưởng xj (j= 1, 2, k): 
Bước 6: Kiểm chứng bằng thực nghiệm 
Để khẳng định tính đúng đắn và độ tin cậy của kết quả mô hình nghiên cứu, tiến 
hành thực nghiệm vào điểm tối ưu và kiểm định sự phù hợp của giá trị tối ưu xác định 
bởi phương trình hồi quy so với kết quả thực nghiệm. 
2.3.3. Nghiên cứu tổng hợp vật liệu perovskite bằng phương pháp Sol - Gel 
Vật liệu perovskite được tổng hợp trên cùng một quy trình từ hai nguồn đất hiếm 
được sử dụng làm tiền chất ban đầu: (1) từ muối oxalat đất hiếm thu hồi từ nam châm 
thải bỏ có dạng RE2(C2O4)3 (được hòa tan bằng axit HNO3 để thành dạng muối nitrat 
55 
đất hiếm RE(NO3)3); (2) từ muối neodym tinh khiết với mục đích so sánh. Dựa trên các 
nghiên cứu của nhiều tác giả [70, 77, 97 ÷ 102] và từ các kết quả khảo sát thực tế và 
trong quá trình nghiên cứu, quy trình tổng hợp vật liệu perovskite đất hiếm được đưa ra 
trên Hình 2.6. 
Hình 2.6. Sơ đồ quy trình tổng hợp vật liệu perovskite ferrit đất hiếm 
Các phản ứng cơ bản của quá trình tổng hợp vật liệu được mô tả bởi các phương 
trình phản ứng 2.13 và 2.14 [103]: 
RE(NO3)3 + Fe(NO3)3 + C6H8O7 + 3O2 
= REFeO3 + 6NO2 + 6CO2 + 4H2O (2.13) 
Nd(NO3)3 + Fe(NO3)3 + C6H8O7 + 3O2 
= NdFeO3 + 6NO2 + 6CO2 +4H2O (2.14) 
Các bước trong quy trình tổng hợp vật liệu perovskite ferrit đất hiếm REFeO3 và 
NdFeO3 có thể được mô tả như sau: 
Cô đặc gel 
Tạo sol 
Tạo hỗn hợp tiền chất 
RE(NO3)3; Fe(NO3)3; Acid Citric với tỉ lệ 1:1:3 
tương ứng theo số mol 
Khuấy và ổn nhiệt ở 85 C trong vòng 5 giờ 
Điều chỉnh pH bằng amoniac loãng 
Tạo gel Bay hơi nước ở nhiệt độ 85 C 
Nung thiêu kết 
Nung với tốc độ gia nhiệt là 2 ℃/phút 
Tới 350C giữ trong 1 giờ, tới 700 C giữ trong 5 giờ 
Vật liệu Perovskite đất hiếm 
56 
Bước 1. Tạo dung dịch hỗn hợp tiền chất ban đầu 
Tiền chất ban đầu được sử dụng từ hai nguồn đất hiếm khác nhau: Thứ nhất từ 
muối oxalat đất hiếm - RE2(C2O4)3 thu hồi được sau khi được hòa tan trực tiếp bởi axit 
HNO3 đặc để tạo thành muối nitrat đất hiếm RE(NO3)3. Sau đó đem hòa trộn với dung 
dịch muối sắt Fe(NO3)3 nồng độ 0,5 M với tỉ lệ số mol tính theo kim loại đất hiếm và 
sắt là 1:1. Tiếp sau đó axit citric có nồng độ 1M được đưa vào hỗn hợp dung trên với tỉ 
lệ mol tương ững giữa RE:Fe:AC là 1:1:3. Trong suốt quá trình dung dịch được khuấy 
với tốc độ 200 vòng/phút và duy trì ở mức nhiệt độ 85 oC. 
Bước 2: Tạo sol 
Sau khi tạo hỗn hợp tiền chất tỉ lệ mol RE:Fe:AC tương ứng là 1:1:3, pH của 
dung dịch tiền được điều chỉnh bằng amoniac loãng (với tỉ lệ 1:5 với nước cất). Quá 
trình tạo sol được thực hiện trong thời gian 5 giờ, trong suốt quá trình này, dung dịch 
được khuấy với tốc độ 200 vòng/phút và duy trì ở mức nhiệt độ 85 oC có sử dụng hồi 
lưu không khí bằng ống sinh hàn. 
Bước 3: Tạo gel 
Quá trình này được thực hiện tiếp ngay sau quá trình tạo sol kết thúc, dung dịch 
sol được tiến hành bay hơi nước để thu được gel nhớt rõ rệt. Dung dịch tiếp tục được 
khuấy với tốc độ 200 vòng/phút và duy trì ở mức nhiệt độ 85 oC. 
Bước 4: Cô đặc gel 
Sau khi gel nhớt được hình thành sẽ được cô đặc trong tủ sấy ở nhiệt độ là 85 ℃, 
tạo thành gel khô trước khi đem nung. 
Bước 5: Nung thiêu kết 
Quá trình này được thực hiện trong tủ nung tới nhiệt độ 700 C và giữ trong vòng 
5 giờ. Cuối cùng hạ nhiệt độ tự nhiên để thu được vật liệu cần chế tạo. 
Trong quy trình tổng hợp vật liệu này, nghiên cứu của luận án đã tiến hành một 
số khảo sát về điều kiện tổng hợp như tỉ lệ RE:Fe:AC, pH của dung dịch và chế độ nung 
để thu được vật liệu có đặc tính tốt, có hoạt tính ứng dụng trong lĩnh vực môi trường. Ở 
đây dựa trên khảo sát phân hủy MB qua quá trình quang xúc tác. 
57 
Để đánh giá đặc tính của vật liệu trong nghiên cứu có sử dụng một số phương 
pháp đo như là SEM, TGA, phương pháp hấp phụ đa lớp Brunauer-Emmett-Teller BJH 
và phương pháp phản xạ khuyếch tán trong UV-vis với chất rắn. 
2.3.4. Nghiên cứu hoạt tính phân hủy chất màu xanh methylen (MB) 
Trong nghiên cứu, đặc tính xúc tác của vật liệu tổng hợp được dựa trên phản ứng 
quang xúc tác thông qua khả năng phân hủy MB dưới tác dụng ánh sáng của đèn chiếu 
thủy ngân cao áp có công suất 125 W, có có phổ phát xạ không liên tục [104, 105]. 
Trong vùng ánh sáng khả kiến từ 400 - 750 nm chủ yếu chỉ giới hạn bởi bốn màu sinh 
ra từ hồ quang thủy ngân với các bước sóng 405, 435, 547 và 678 nm, còn tại vùng ánh 
sáng tử ngoại ở bước sóng 365 nm. Với điều kiện hệ thí nghiệm, cường độ ánh sáng của 
bóng đèn tới dung dịch thí nghiệm đã được xác định bởi thiết bị Broadband 
Power/Energy Meter 13PEM001 là 60,13 W/m2. Phổ phát xạ của bóng đèn được mô tả 
trên Hình 2.7. 
Hình 2.7. Phổ phát xạ của đèn thủy ngân cao áp 125W [105] 
Hệ thí nghiệm đánh giá đặc tính xúc tác quang của vật liệu gồm: Đèn thủy ngân 
cao áp 125 W được bố trí nằm trên trục đối xứng của cốc đựng dung dịch MB với khoảng 
cách từ nguồn sáng tới bề mặt dung dịch là 15 cm, chiều cao lớp dung dịch trung bình 
là 5cm. Bình phản ứng này được đặt bên trong khối nước để đảm bảo điều kiện nhiệt độ 
58 
của phản ứng xảy ra luôn ổn định là 35 C và được đặt trên máy khuấy từ có tốc độ 
khuấy trộn là 150 vòng phút để đảm bảo việc đảo đều vật liệu trong dung dịch. Hệ thí 
nghiệm được mô tả trên hình 2.8. 
Chuẩn bị mẫu: Trước mỗi thí nghiệm, lấy m gam vật liệu đã được tổng hợp vào 
bình phản ứng với lượng dung dịch MB xác định. 
Chuẩn bị dung dịch MB: Dung dịch sẽ được pha ở các mức nồng độ khác nhau theo 
yêu cầu của thí nghiệm. Xây dựng đường chuẩn trắc quang với các nồng độ của dung dịch MB. 
Lấy mẫu phân tích: Mẫu dung dịch trước phản ứng, sau khi khuấy tối và theo các bước 
thời gian thí nghiệm 30 phút một lần trong quá trình chiếu sáng được lấy, đem đi ly tâm để 
lọc tách vật liệu xúc tác, đo độ hấp thụ quang và hoàn lại vào trong dung dịch phản ứng. 
Hình 2.8. Sơ đồ thí nghiệm phản ứng quang xúc tác 
Dựa trên kết quả khảo sát sơ bộ ban đầu và nghiên cứu của các nhà tác giả khác, 
nồng độ MB trong nghiên cứu được lựa chọn để đánh giá hoạt tính của vật liệu là 5; 7,5 
và 10 ppm do đây là nghiên cứu mang tính định hướng ứng dụng đối với loại vật liệu 
mới được tổng hợp từ nguồn đất hiếm thu hồi này. Tương tự như vậy khối lượng vật 
liệu hay tỉ lệ rắn lỏng được đề suất trong thí nghiệm khảo sát là 0,3; 0,4 và 0,5 g/L và 
lượng tác nhân oxy hóa H2O2 là 0, 1, 2 và 3 mL. 
Dựa trên các nghiên cứu trước và các nghiên cứu tương tự [102 ÷ 105], các dạng 
thí nghiệm để khảo sát xác định các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình quang xúc tác đã 
được thiết lập: 
59 
1. Khảo sát cân bằng hấp phụ nhả hấp phụ - khuấy tối; 
2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch tới hiệu suất phân hủy; 
3. Khảo sát ảnh hưởng của lượng chất xúc tác tới hiệu suất phân hủy; 
4. Khảo sát ảnh hưởng của lượng chất oxy hóa tới hiệu suất phân hủy; 
5. Sau 5 chu kỳ phản ứng liên tục, vật liệu được thu hồi và đem đi phân tích 
XRD để đánh giá sự ổn định của vật liệu. 
Ngoài ra, để chứng minh hoạt tính xúc tác quang của vật liệu, các thí nghiệm 
được tiến hành với các yếu tố khác nhau như không chiếu đèn/có chiếu đèn, không xúc 
tác/có xúc tác, có tác nhân oxy hóa/ không có tác nhân oxy hóa [72, 110, 111]. Thực 
hiện tương tự trên vật liệu NdFeO3 được tổng hợp từ muối tinh khiết. 
Trong luận án, các phép đo UV-Vis dùng để đánh giá khả năng phân hủy chất 
mầu MB do vật liệu tổng hợp được thực hiện trên thiết bị Shimadzu tại Viện Khoa học 
và Công nghệ Môi trường - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. 
Hiệu suất quá trình phân hủy (Hph) được xác định theo công thức 2.15. 
Hph =
Ct
Co
× 100% (2.15) 
Trong đó: Hph - là hiệu suất quá phân hủy MB (%); 
Ct – Nồng độ MB tại thời điểm t (ppm); 
Co – Nồng độ MB tại thời điểm ban đầu (ppm); 
Đường chuẩn trắc quang methylene blue (MB) 
Hình 2.9. Đường chuẩn trắc quang MB ở hai khoảng nồng độ 
Nồng độ MB (ppm) Nồng độ MB (ppm) 
Đ
ộ
 h
ấp
 t
h
ụ
Đ
ộ
 h
ấp
 t
h
ụ
60 
Để xác định nồng độ MB trong dung dịch, đường chuẩn MB đã được xây dựng 
từ độ hấp thụ quang tại bước sóng 664 nm từ dãy dung dịch chuẩn có nồng độ 0,2; 0,4; 
0,6; 0,8; 1, 2; 3; 4 và 5 mg/L để xác định khi nồng độ MB trong dung dịch nhỏ hơn 
5ppm và dãy dung dịch chuẩn có nồng độ 4; 5; 10 và 20 để xác định khi nồng độ MB 
trong dung dịch nhỏ hơn 10 ppm để giảm thiểu sai số trong phép đo. Đường chuẩn chắc 
quang được thể hiện trên hình 2.9. 
2.4. Phương pháp phân tích 
- Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X - EDX: được sử dụng xác định thành 
phần hóa học trong thành phần mẫu chất rắn, vật liệu dựa vào việc ghi lại phổ tia X phát 
ra từ vật rắn do tương tác với các bức xạ gây ra mà chủ yếu là chùm điện tử có năng 
lượng cao trong các kính hiển vi điện tử. Dưới tác dụng của chùm điện tử có năng lượng 
lớn khi được chiếu vào mẫu vật rắn sẽ đâm xuyên sâu vào nguyên tử vật rắn và tương 
tác với các lớp điện tử bên trong của nguyên tử tạo nên các tia X có bước sóng đặc trưng 
tỉ lệ với nguyên tử số (Z) của nguyên tử theo định luật Mosley. Việc ghi nhận phổ tia X 
phát ra từ vật rắn sẽ cho các thông tin về các nguyên tố hóa học có mặt trong mẫu đồng 
thời cho các thông tin về tỉ lệ các nguyên tố này dựa trên nguyên tắc cường độ tia X 
được tạo ra tỉ lệ với tỉ phần nguyên tố có mặt trong mẫu. Tuy nhiên, độ phân giải của 
phép phân tích phụ thuộc vào kích cỡ chùm điện tử và độ nhạy của detector. Trong 
khuôn khổ luận án, phép phân tích được thực hiện trên thiết bị FESEM S-4800 tại Viện 
Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. 
- Phương pháp nhiễu xạ tia X - XRD: được sử dụng với mục đích xác định cấu 
trúc vật liệu, chất rắn, dạng cấu trúc tinh thể của mẫu, độ đơn pha của mẫu, khoảng cách 
các mặt của tinh thể của mẫu, định lượng các pha có trong mẫu, kích thước hạt tinh thể 
và có thể áp dụng cho các mẫu có cấu trúc nano. Nhiễu xạ tia X được ứng dụng rộng rãi 
để khảo sát cấu trúc của các tinh thể nano và tính toán kích thước tinh thể [112]. Trong 
khuôn khổ luận án, phép phân tích được thực hiện trên máy D8 Advance-Bruker tại 
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội. 
- Phương pháp phổ khối plasma ICP: được dùng để phân tích các nguyên tố cơ 
bản trong bảng hệ thống tuần hoàn với độ nhạy cao, được dùng để phân tích nguyên tố 
vết, nguyên tố đồng vị với giới hạn phát hiện thấp và có độ chính xác cao. Ưu điểm của 
61 
phương pháp là có thể xác định đồng thời nhiều nguyên tố kim loại trong một mẫu phân 
tích. Trong khuôn khổ luận án, phép phân tích dùng để xác định hàm lượng kim loại, 
kim loại đất hiếm có trong mẫu rắn, trong dung dịch hòa tách, muối đất hiếm thu hồi. 
Phép phân tích được thực hiện trên thiết bị ICP-MS ELAN 9000 tại Trường Đại học 
Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội và tại Viện công nghệ xạ hiếm. 
- Phương pháp kính hiển vi điện tử quét - SEM: được dùng để quan sát, đánh giá 
vi cấu trúc bề mặt của vật liệu dựa trên khả năng độ phóng đại từ 10 đến hàng triệu lần 
với độ phân giải rất lớn tới kích thước nanomet bằng cách sử dụng một chùm điện tử 
hẹp quét trên bề mặt mẫu. Hình ảnh của vật liệu được thực hiện thông qua ghi nhận và 
phân tích các bức xạ phát ra từ tương tác của chùm điện tử với bề mặt mẫu. Tuy nhiên 
các yếu tố ảnh hưởng đến thông số và chất lượng ảnh của phép đo SEM gồm: độ sâu 
trường, nguồn điện tử, độ phân giải, các kiểu ảnh, cách chuẩn bị mẫu [113]. Trong khuôn 
khổ luận án, phép đo được thực hiện trên thiết bị hiển vi điện tử quét Hitachi-S4800 tại 
Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. 
- Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng - TGA: đây là kỹ thuật phân tích 
nhiệt dùng trong nghiên cứu vật lý chất rắn, vật liệu và hóa học. Phương pháp này cho 
phép xác định tính chất chuyển pha nhiệt của mẫu thông qua việc đo dòng nhiệt tỏa ra 
hoặc thu vào từ mẫu được đốt nóng trong dòng nhiệt với nhiệt độ quét ở các tốc độ khác 
nhau. Nguyên lý của phương pháp là phân tích sự thay đổi khối lượng của mẫu theo sự 
thay đổi nhiệt được ghi lại như hàm số của nhiệt độ hoặc thời gian và dựa trên sự thay 
đổi nhiệt, nhiệt lượng tỏa ra từ mẫu khi bị đốt nóng và so sánh với thông tin từ mẫu 
chuẩn. Trên biểu đồ thu được sẽ thể hiện sự biến đổi của vật liệu với các quá trình như 
chuyển pha, kết tinh, oxy hóa, thăng hoa, nóng chảy Trong khuôn khổ luận án, phương 
pháp phân tích được thực hiện trên thiết bị Netsch STA 409 PC Luxx thuộc Viện Kỹ 
thuật Hóa học - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. 
- Phương pháp hấp phụ đa lớp Brunauer-Emmett-Teller (BET): được sử dụng để 
xác định diện tích bề mặt riêng của vật liệu, kích thước lỗ hổng mao quản. Trong phương 
pháp này diện tích bề mặt riêng được tính theo công thức 2.16 [114]: 
S = N.Am.nm (m2/g) (2.16) 
Trong đó: N – số Avogadro (số phân tử/mol) 
62 
Am – diện tích bị chiếm bởi một phân tử (m2/phân tử) 
nm – dung lượng hấp phụ (mol/g) 
Bên cạnh đó, phép phân tích có thể xây dựng đường phân bố mao quản, từ đó tìm 
kích thước trung bình của mao quản dựa theo phân loại của IUPAC (International Union 
of Pure Applied Chemistry) [115] với các loại đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ 
đặc trưng biểu diễn trên hình 2.10. 
Hình 2.10. Các dạng đường hấp phụ - giải hấp phụ theo tiêu chuẩn IUPAC [115] 
Trong khuôn khổ luận án, các phân tích được thực hiện trên thiết bị đo Tristart-
3000 Micromeritic tại Phòng thí nghiệm Vật liệu và Công nghệ Thân thiện Môi trường 
- Viện Tiên